V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

На сегодняшний день Россия занимает первое место по разведанным запасам природного газа, но источник энергии исчерпаем, следовательно, ему рано или поздно приходится искать альтернативу [1].

В настоящее время существуют следующие альтернативные источники энергии:

- ветряные – движение воздушных масс;

- геотермальные – энергия, получаемая из недр Земли;

- солнечные – электромагнитное излучение солнца;

- гидроэнергетические – движение воды в реках или морях;

- энергия биомассы – органический материал, получаемый из растений и животных (микроорганизмов).

Одним из эффективных источников энергииявляется энергия биомассы, из которой получают экологически чистый газообразный энергетический продукт – биогаз. Производство биогаза считается одной из самых перспективных отраслей, так как имеет ряд преимуществ по сравнению с другими возобновляемыми видами ресурсов.

Биогаз, как и природный газ, в основном состоит из метана 50-80%, а так же 20-40% углекислого газа и 1-2% других газов (сероводород, азот, водород).Биогаз получают в процессе анаэробного (бескислородного) брожения органических веществ различного происхождения: навоз, птичий помет, ботва, листья, стебли растений, солома и другие органические отходы индивидуального хозяйства.

Рис. 1 Стадии процесса анаэробного брожения

Процесс анаэробного брожения с выделением биогаза включает в себя 4 фазы (рис.1) [2,3]:

1. Гидролиз – участвуют аэробные гидролизные бактерии, а конечным продуктом являются аминокислоты, моносахариды и жирные кислоты.

2. Повышение кислотности – задействованы кислотообразующие бактерии. На выходе появляются двуокись углерода и органические кислоты.

3. Образование уксусной кислоты с помощью бактерий, образующих эту уксусную кислоту. Получаемые продукты: двуокись углерода, водород и уксусная кислота.

4. Образование метана при участии метанобразующих бактерий. На заключительном этапе мы получаем метан, воду и двуокись углерода.

Для производства биогаза используется биогазовая установка – комплекс, расположенный на сельскохозяйственной территории, предназначенный для переработки производственных и бытовых отходов, вырабатывающий электричество, тепло и высококачественные удобрения.

Общая схема биогазовой установки представлена на рисунке 2. Основными элементами установки являются приемный бункер, бункер загрузки, биореактор, система обогрева, хранилище удобрений и газгольдер.

Рис. 2. Общая схема биогазовой установки

1 – источник отходов; 2 – приемный бункер; 3 – бункер загрузки исходного субстрата; 4 – входной патрубок;

5 – биореактор; 6 – устройство подогрева; 7 – газгольдер; 8 – патрубок слива готового удобрения;

9 – хранилище удобрения; 10 – газ потребителю

Приемный бункер предназначен для приема органических отходов от их источника (с/х комплекс) и подготовки однородной субстанции. Бункер загрузки предназначен для подачи исходного подготовленного субстрата в биореактор. В биореакторе непосредственно протекает процесс анаэробного брожения субстрата с образованием биогаза. Система обогрева служит для поддержания оптимальных температурных параметров установки. Для работы системы обогрева используется часть вырабатываемого биогаза. В хранилище удобрений поступает и хранится переработанный в биореакторе субстрат, представляющий собой высококачественные органические удобрения. Газгольдер используется для накопления производимого биогаза и дальнейшей его транспортировке потребителю.

В зависимости от режима работы (числа ступеней) биогазовые установки различаются по количеству циклов.

В некоторых биогазовых установках процессы получения биогаза протекают параллельно, то есть они не разделены ни территориально, не во времени. Такие технологии называют одноступенчатыми. Для субстратов с быстрым расщеплением, которые из-за этого имеют склонность к окислению, применяют для стадий гидролиза и окисления отдельный резервуар, чтобы из него продукты разложения дозировано подавать в биореактор (двухступенчатая технология). Преимуществом данной схемы является выдерживание эффективности работы бактерий через создание оптимальных условий жизнедеятельности (в первую очередь уровень рН). Таким образом, можно достичь большего производства биогаза.

Одним из субстратов, имеющим склонность к окислению является барда, которая требует такого раздела фаз. Кроме того, вредные примеси газа, благодаря такому разделу можно отделять через биофильтр, получая, таким образом, лишь газ с высоким содержанием метана [2].

Рис. 3. Схема режимов работы биогазовых установок.

На настоящий момент очень широко используются биогазовые установки с двухступенчатым процессом.

Можно сделать вывод, что применение биогазовых установок позволяет решать следующие актуальные проблемы:

- экологические – утилизация органических отходов, что позволяет предотвратить загрязнение почвы, водоемов и воздушного бассейна;

- энергетические – получение биогаза, используемого на электрических и тепловых установках;

- агробиологические – получение высококачественных экологически чистых органических удобрений;

- социальные – создание новых рабочих мест, повышение качества жизни в сельской местности.

Список использованной литературы:

1. http://megabudka.ru/new_moscow/

2. Барбара Эдер и Хайнц Шульц «Биогазовые установки, практическое пособие» 1996 г.

3. http://www.bioges.ru

Код для цитирования: Скопировать